YBaCuO膜及其金属基带和缓冲层的制备与研究

【摘要】：近年来,在高温超导材料研究领域里,YBa2Cu3O7-δ(YBCO)被认为是一种极具应用前景的候选材料,因此人们开展了对YBCO涂层导体的深入研究。三氟乙酸金属有机物沉积(trifluoroacetate metal organic deposition, TFA-MOD)方法制备YBCO超导带材,工艺成本低、无需真空条件并且能够制备出高临界电流密度(JC)的YBCO膜,是目前极具发展前景的工艺方法。由于YBCO与NiW等金属基底存在着晶格失配、扩散和化学反应,因此有必要引入缓冲层来避免这些不利影响。 本文以乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜为起始原料,用TFA-MOD法在LaAlO3(LAO)单晶上制备了YBCO膜,用乙醇替代了甲醇作为溶剂,降低了制备过程产生的毒害。本文研究了水蒸汽分压、结晶温度等条件对YBCO结构和性能的影响,在结晶温度为800℃、水蒸汽分压为2.3%的条件下制备的YBCO性能较好,临界电流密度JC为4.0MA/cm2。同时也研究了向前驱液中添加聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone, PVP)对YBCO膜微结构和超导性能的影响,从YBCO微结构的变化上看,PVP在YBCO晶化过程中,促进了YBCO晶粒的扩散和长大,对水蒸汽的敏感性降低。 在得到比较稳定的YBCO制备工艺以后,本文又对MOD法制备缓冲层展开了研究,分别在LAO单晶和NiW基底上以MOD法制备了La-Sr-Ti-O(LSTO)和La-Sr-Co-O(LSCO)涂层导体,两者都表现出良好的导电性。在制备La-Sr-Co-O涂层导体的过程中,前驱液总阳离子浓度为0.6～1.0mol/l时,制备出了La0.5Sr0.5CoO3+δ膜,前驱液总阳离子浓度为2.0mol/l时,制备出了LaSrCoO4膜,它们分别属于ABO3和A2BO4两种不同的钙钛矿结构,都具良好的导电性和良好的(001)择优取向。在LSTO/LAO上用TFA-MOD法制备出的YBCO,其临界电流密度JC为0.25MA/cm2。但是La-Sr-Ti-O和La-Sr-Co-O膜在NiW基底上的结晶情况不是很充分,La-Sr-Ti-O形成了(200)和(110)两种取向,La-Sr-Co-O膜呈现出无定形态,但依旧保持着1:1:2 (La: Sr: Co)的元素比例。 本文用MOD法以乙酸铈(Ⅲ)和硝酸钆(Ⅲ)为起始原料,在NiW基底上制备了Ce0.8Gd0.2O1.9-δ(CGO)缓冲层,该CGO层受到NiW外延作用影响,形成了很好的(200)择优取向和面内织构,通过φ扫描测试,确定了CGO的(001)面是通过面内旋转45。后在NiW(001)面上形成外延生长这一结果,该结果表明CGO是NiW基带上最具应用前景的缓冲层之一。 Cu带经过二次轧制和二次热处理后,形成强(200)取向和面内织构,即形成了较强的{100}001立方织构,用March-Dollas函数拟合了Cu(200)择优取向的分布,以函数形式表征了Cu(200)取向沿极角(α)的漫散情况,为进一步在Cu基带上制备缓冲层和YBCO膜奠定了基础。 本文采用XRDθ-2θ扫描对YBCO和缓冲层进行取向和物相分析,用XRDφ扫描对YBCO和缓冲层进行面内织构分析,用显微硬度仪和扫描电镜(SEM)观察微观形貌,用四引线法和磁测法(bean模型)测试薄膜的电性能,用热分析仪对前驱液的粉末进行差热分析,用数字记录仪对现场数据进行采集。